두개골 안 뚫고 파킨슨병 완화…자기장 치료법 제시

기초과학연구원

파킨슨 쥐는 운동장애가 있어 움직임이 적다. 나노-자기유전학 DBS 치료를 받은 파킨슨 쥐는 정상 쥐와 비슷한 수준의 활발한 움직임을 보였다. IBS 제공.

두개골을 뚫는 수술 대신 비침습적인 방법으로 파킨슨병 증상을 완화할 수 있는 치료법이 제시됐다. 

기초과학연구원(IBS)은 천진우 나노의학연구단 단장과 곽민석 연구위원 연구팀이 자기장을 이용해 파킨슨병을 치료할 수 있는 ’나노-자기유전학 기반 뇌심부자극술‘을 개발했다고 1일 밝혔다. 

파킨슨병은 운동 조절에 중요한 도파민 신경세포가 사멸돼 떨림, 경직, 자세 불안정 등 운동장애가 나타나는 퇴행성 뇌질환이다. 고령화로 환자가 크게 늘고 있지만 근본적인 치료법이 아직 없다. 

중증 환자는 약물요법만으로 일상생활이 어려워 외과적 수술인 뇌심부자극술(DBS)을 받는다. 두개골에 구멍을 내 뇌 깊숙이 전극을 삽입하고 흉부 피하에 자극 발생기를 설치해 뇌에 전기 자극을 가하는 수술 방식이다. 신경세포 간 신호를 조절해 파킨슨병 증상을 완화할 수 있다. 

하지만 DBS는 전극을 뇌 깊숙이 심기 때문에 뇌출혈, 조직 손상 등 심각한 부작용이 발생할 수 있다. 치료 효과는 전기 자극이 가해지는 동안에만 유지된다는 단점도 있다. 이런 한계를 극복하기 위해 연구팀은 앞서 개발한 나노-자기유전학 기술을 DBS에 적용하는 방법을 고안했다. 나노-자기유전학은 자기장을 이용해 뇌의 특정 신경세포를 무선으로 활성화해 뇌 기능을 제어하는 기술이다. 

뇌 심부에 자성을 띠는 나노 크기 입자를 주입하면 특정 자기장에 감응해 자성나노입자가 약 2 pN(피코 뉴턴, 1pN=1조분의 1N) 크기의 힘을 발생시킨다. 자기유전학 장치를 이용해 자기장 자극을 주면 자성나노입자가 특정 신경세포 표면에 붙어서 막단백질인 피에조-1 이온 채널을 개방해 신경세포 활성화를 유도한다. 자기유전학 장치는 사람의 뇌 심부까지 비침습적으로 자기장 자극을 전달할 수 있는 장치다. 

연구팀이 파킨슨 쥐 모델에게 나노-자기유전학 기반 DBS 기술을 적용하자 뇌 영역인 시상하핵 신경세포가 10배 이상 활성화됐다. 균형감각과 운동성은 2배 이상 향상돼 정상에 가까운 운동 능력을 보였다. 2주간 매일 반복해서 자극을 받은 파킨슨 쥐는 자극을 중단한 24시간 후에도 회복된 운동 능력의 35%가 유지됐다. 

천 단장은 “나노-자기유전학을 활용하면 기존 DBS 방식보다 비침습적이고 정밀하게 신경세포를 자극해 파킨슨병 증상을 완화하는 치료가 가능하다”며 “파킨슨병뿐 아니라 뇌전증, 알츠하이머병 등 다양한 신경 질환 연구 및 치료에 활용될 것으로 기대한다”고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ’나노 레터스‘에 10일 게재됐다. 

천진우 IBS 나노의학연구단 단장, 곽민석 연구위언, 신욱진 연구교수(제1저자). IBS 제공.

[문세영 기자 moon09@donga.com]